第1章晶体学基础-2分析报告.pptVIP

本节课重点 1、晶体中质点间的主要键合方式主要有哪些？相应晶体的性质各有什么特点？ 2、什么是最紧密堆积原理？晶体中的质点如何紧密堆积在一起？ 3、什么是离子半径、配位数、离子极化？如何理解离子半径比与配位多面体的关系？ 1.3 晶体化学基础 1.3.1 晶体中质点间的结合 1.3.2 晶体中质点的堆积 1.3.3 化学组成与晶体结构的关系 1.3.4 同质多晶与类质同晶 1.3.1 晶体中质点间的结合 一、离子键（Ionic bonding) 定义：电负性相差不大的原子间借共用电子对或电子云重叠而产生的化学键。 特点：具有方向性和饱和性 存在于亚金属（C、Si、Sn、 Ge），聚合物和无机非金属材料中 共价晶体性质：熔点、硬度高，脆性大。 定义：由金属原子失去最外层电子（价电子）而形成的金属离子和自由电子所组成的电子云之间的静电库仑力而产生的化学结合。 特点：既无饱和性又无方向性 周期表中第I族，第II族元素及过渡元素的晶体是典型的金属晶体。 金属晶体性质：良好的导电、导热性，延展性好，有金属光泽，不透明，等 四、范德华键（Van der waals bonding) 定义：由氢原子同时与两个电负性很大而原子半径较小的原子（O、F、N等）相结合而形成的键。 氢原子中唯一的电子被其它原子所共有（共价键结合）。 特点：一种特殊的物理键，具有方向性和饱和性；比范德华键强、比化学键弱。 在高分子材料中特别重要，纤维素、尼龙、蛋白质等分子有很强的氢键，并显示特殊结晶结构和性能。 离域大π键： 自石墨烯发现以来，含离域大π键的单层材料备受科学界关注，主要集中在具有层状结构相关材料体系。迄今为止，具有离域电子特性的单原子层的金属结构未见报道，主要原因在于金属键无方向性而易于形成三维的紧密堆积结构。清华大学李亚栋课题组利用弱配体聚乙烯吡咯烷酮(PVP)稳定的甲醛还原金属铑，成功制备出第一例单原子层厚度的纳米金属铑片，球差电镜和同步辐射研究均证实了这一新颖的单原子层金属结构。理论研究发现，单原子层铑片中存在着一种新型的离域大π化学键，有助于稳定其单层金属结构。该项研究进展为进一步推动金属纳米与团簇、丰富发展重金属元素的化学成键理论研究具有重要意义，为探索金属原子单层结构与性能研究提供了重要启示。 晶体中各离子（原子）间的相互结合，可以看作是刚性球体的堆积。 刚性球体堆积时，堆积的密度越大，系统的势能越低，相应晶体越稳定。此即球体最紧密堆积原理。 适用范围：典型的离子晶体和金属晶体。 等径球最紧密堆积时，在平面上每个球与6个球相接触，形成第一层（球心位置标记为A）。此时，每3个彼此相接触的球体之间形成1个弧线三角形空隙，每个球周围有6个弧线三角形空隙，其中3个空隙的尖角指向图的下方（其中心位置标记为B），另外3个空隙的尖角指向图的上方（其中心位置标记为C），这两种空隙相间分布。 等径球体在平面上的最紧密堆积 球体在空间的堆积是按照ABAB……的层序来堆积。这样的堆积中可以取出一个六方晶胞，称为六方最紧密堆积（hexagonal closest packing, hcp）（A3型）。 另一种堆积方式是按照ABCABC……的堆积方式。这样的堆积中可以取出一个面心立方晶胞，称为面心立方最紧密堆积（face central cubic closest packing, fcc）。面心立方堆积中，ABCABC……重复层面平行于（111）晶面（A1型） 。 两种最紧密堆积中，每个球体周围同种球体的个数均为12。 最紧密堆积的空隙： 由于球体之间是刚性点接触堆积，最紧密堆积中仍然有空隙存在。从形状上看，空隙有两种：一种是四面体空隙，由4个球体所构成，球心连线构成一个正四面体；另一种是八面体空隙，由6个球体构成，球心连线形成一个正八面体。 显然，由同种球组成的四面体空隙小于八面体空隙。 最紧密堆积中空隙的分布情况： 每个球体周围有多少个四面体空隙？ 每个球体周围有多少个八面体空隙？ n个等径球最紧密堆积时，整个系统四面体空隙数多少个？八面体空隙数多少个？ n个等径球最紧密堆积时，整个系统四面体空隙数2n个；八面体空隙数n个。 两种最紧密堆积的空间利用率均为74.05%，空隙占整个空间的25.95%。 2、不等径球体紧密堆积 不等径球紧密堆积时，较大球体作紧密堆积，较小的球填充在大球紧密堆积形成的空隙中。其中稍小的球体填充在四面体空隙，稍大的则填充在八面体空隙，如果更大，则会使堆积方式稍加改变，以产生更大的空隙满足填充的要求。这对许多离子化合物晶体是适用的。 例：